Pérdidas de carga en tuberias y accesorios

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PÉRDIDAS DE CARGA EN TUBERIAS Y ACCESORIOS
Ingeniería Biológica, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín
Abril 2011

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Resumen

Las pérdidas en una tubería representan la pérdida de energía de un flujo hidráulico a lo largo de la misma por efecto delrozamiento. Además de las pérdidas de carga por rozamiento o pérdidas primarias, también se originan otras pérdidas por presencia de accesorios, las pérdidas secundarias. La suma de estas pérdidas dan las pérdidas de carga totales. Se realizó un estudio sobre nueve líneas de tubería de diferente material, diámetro, longitud y número de accesorios, para las cuales se calculó la caída de presión con trescaudales diferentes, además se vio como era la caída de presión cuando se operaba el sistema con un mismo caudal cuando se tenían tres grados de apertura en las válvulas globo y de compuerta. Se encontró que los valores de caída de presión experimental y teórica son muy diferentes, debido a las obstrucciones y deterioro que presenta el sistema de tuberías. Este trabajo permitió determinar larelación que tiene la caída de presión con el flujo volumétrico, las características del sistema (accesorios) y las pérdidas que se generan a lo largo de las tuberías.
Palabras claves: tubería, pérdidas primarias, pérdidas secundarias, caída de presión
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1. Introducción

Cuando un fluidoesta en movimiento, parte de su energía total es gastada en vencer la resistencia al flujo. Esta situación es análoga a la operación de cualquier máquina en la que la energía de salida es siempre menor que la de entrada.

Las pérdidas de energía debida al flujo se clasifican en pérdidas de carga primarias y pérdidas de carga secundarias. Las pérdidas primarias son las originadas en la superficiedebido al contacto del fluido con la tubería (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o de partículas de fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme, principalmente en los tramos de tubería de sección constante.

Las pérdidas secundarias o de forma, son las que tienen lugar en las transiciones estrechamientos o expansiones de lacorriente, codos, uniones, válvulas y en toda clase de accesorios de tuberías. Estas pérdidas se producen como consecuencia de los vórtices que se originan cuando se distorsionan las líneas de corriente normales [1]. Además de los accesorios o dispositivos que provocan pérdidas en un sistema, las bombas y las turbinas agregan y extraen energía al sistema respectivamente [2]

Si la conducción eslarga, por ejemplo en los oleoductos, las pérdidas secundarias se pueden despreciar o tenerse en cuenta al final aumentando en un 5 a 10% las pérdidas principales. Si la conducción es corta y complicada, las pérdidas secundarias pueden ser de mayor importancia que las pérdidas primarias [1].

Existen varios métodos para calcular las pérdidas. Las pérdidas primarias se calculan por medio de laecuación de Darcy-Weisbach que está directamente relacionada con el factor de fricción, este es función del número de Reynolds y de la rugosidad o aspereza de la tubería [3].

Las pérdidas secundarias pueden ser calculadas empleando el método de la K, el método de las dos K y el método de la longitud equivalente [2].

En este informe se pretende calcular las pérdidas de energía (primarias ysecundarias) y caídas de presión en las líneas del equipo de carga del laboratorio de operaciones unitarias.

2. Materiales y métodos

2.1. Descripción del equipo

El equipo pérdidas de cargas que se muestra en la figura 1 consta de nueve líneas de tuberías cada una con diferentes características (ver tabla 1), en las cuales se puede analizar el comportamiento de las caídas de presión a...
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